本發(fā)明涉及一種水射流噴丸和等離子滲氮的復合處理表面改性方法，屬于金屬表面改性技術領域。

背景技術：

等離子滲氮技術是常見的齒輪鋼表面改性方法，可顯著提高材料的表面硬度，耐磨性以及疲勞性能，作為一種應用廣泛的表面熱處理技術，現(xiàn)已被大量應用于工業(yè)生產(chǎn)中。等離子滲氮技術主要是通過陰極濺射的方式產(chǎn)生活性氮原子，在試樣表面富集，不斷向基體內部擴散，最終形成由表層白亮層、次表層擴散層組成的滲氮層。然而，等離子滲氮的部分滲層存在不均勻，甚至滲氮層缺失，氮化深度不夠等問題。

高壓水射流噴丸作為近年來迅猛發(fā)展起來的一項表面改性新技術，其原理是將高壓純水噴射到材料表面，可以幾乎不破壞材料表面完整性，也不受工件形狀因素限制，材料表面在再結晶溫度以下產(chǎn)生塑性變形，通過加工硬化、位錯強化的方式對材料表面改性。但未見該技術和等離子滲氮結合的復合處理工藝。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述等離子滲氮的部分滲層存在不均勻，甚至滲氮層缺失，氮化深度不夠等問題，本發(fā)明提供一種水射流噴丸和等離子滲氮的復合處理表面改性方法，以克服現(xiàn)有技術的不足。

本發(fā)明的技術方案：一種水射流噴丸和等離子滲氮的復合處理表面改性方法，包括以下步驟：

(1)將試樣進行調質處理后在無水乙醇中進行超聲清洗和烘干；

(2)將試樣固定在載物臺上，將高壓管中純水壓力提升到100～350MPa后垂直噴射到試樣表面，對試樣進行水射流噴丸預處理；

(3)將預處理后的試樣置于離子氮化設備中，抽真空至15Pa以下后通入氨氣，氣壓保持200Pa，將爐溫升高到500～560℃，再進行等離子滲氮表面處理，保溫時間為6～8h，處理完成后隨爐冷卻至室溫。

上述方法中，所述的試樣按含重量百分比計算是含有Cr0.5～1.5％、Mo0.1～0.5％、Al0.05～0.2、V0.05～0.15％元素的優(yōu)質合金結構鋼。

上述方法中，步驟(1)中所述的調質處理為：先升溫到840℃保溫15min，油冷至室溫，再升溫至580℃保溫1h，空冷至室溫。

進一步，步驟(1)中所述的清洗和烘干為將試樣在無水乙醇中進行超聲波清洗15min，然后烘干。

上述方法中，步驟(2)中所述水射流噴丸預處理所采用的噴嘴直徑0.2～為0.4mm，距試樣表面5～15mm，噴嘴移動速度200～500mm/min。

由于采用上述技術方案，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明采用高壓水射流噴丸和等離子滲氮復合處理方法的核心是在等離子氮化之前先進行精確高壓水射流噴丸處理，使試樣、工件表面產(chǎn)生很大的冷變形量，從而導致表層組織結構顯著細化、并形成大量位錯纏結和位錯胞結構，界面顯著增加。由于這種變形層是在確定的形變參量下完成，表層形變厚度均勻，由此導致氮化過程氮原子擴散速率加快、均勻性顯著增加，并有效解決了單一采用等離子滲氮技術存在的部分氮化層不均勻，甚至氮化層缺失，氮化深度不夠等問題。因此，本發(fā)明不僅提高了滲氮層質量，使?jié)B氮層厚度增加超過100μm，同時使試樣表面的硬度大幅度提高，獲得獲得硬度梯度分布合理以及滲層組織均勻的滲氮層。

附圖說明

圖1為中碳鉻、鉬鋼采用等離子滲氮處理后的滲層顯微組織圖；

圖2為中碳鉻、鉬鋼采用本發(fā)明方法處理后的滲層顯微組織圖；

圖3是中碳鉻、鉬鋼采用等離子滲氮處理與采用本發(fā)明方法處理的硬度梯度變化對比圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

實施例

1)將原始態(tài)的中碳鉻、鉬鋼加工成尺寸10mm×10mm×10mm的試樣；

2)將試樣進行調制處理，先升溫到840℃保溫15min，油冷至室溫，再升溫至580℃保溫1h，空冷至室溫；

3)將試樣分別用0#～7#金相砂紙進行打磨后機械拋光至鏡面；

4)將試樣浸泡在無水乙醇中進行超聲波清洗15min、烘干后待用；

5)將試樣固定在載物臺上，進行高壓水射流噴丸預處理，水壓為100MPa，噴嘴直徑為0.33mm，噴嘴距離試樣表面10mm，垂直噴射，噴嘴移動速度500mm/min，水噴兩次；

6)對原始試樣和水噴丸預處理試樣同時進行等離子滲氮處理。將兩種試樣置于等離子滲氮設備中，抽真空至小于15Pa通入氨氣，氨氣流量由流量控制器自動控制以保證爐壓穩(wěn)定在200Pa，控制爐溫530℃，保溫8h后隨爐冷卻至室溫。

試驗結果參見圖1和圖2，中碳鉻、鉬鋼單純采用等離子滲氮處理與采用水射流噴丸和等離子滲氮復合處理相比，后者白亮層厚度明顯增加，滲層均勻性改善，脈狀組織減少，滲層質量明顯優(yōu)于前者。由圖3可知，復合處理的滲氮層硬度梯度分布更加合理，滲層厚度增加超過100μm。